來自三D拓撲絕緣體的可調THz輻射

產生橢圓和圓形偏振的泰赫茲光束。來源： 趙海輝等人， doi 10.1117/1.AP.2.6.066003

Terahertz （THz） 波位於毫米和遠紅外頻率範圍之間，是一個電磁頻帶，尚未完全識別和理解。北航大學的吳曉軍帶領一組研究人員積極尋找了解、生成和控制THz輻射的方法。吳指出，THz波在擴展從成像到信息加密的實際應用方面有很大的潛力，但由於缺乏足夠有效的來源，THz科技的發展受到阻礙。

吳的研究小組一直在研究一個三維拓撲絕緣體的比穆特·特魯裡德（Bi2泰3），作為有效THz系統有希望的基礎。他們最近系統地調查了來自比的THz輻射2泰3由飛秒雷射脈衝驅動的納米膜。他們發表在《高級光子》上的報告展示了具有任意可調極化狀態的手動 THz 波的高效生成，允許控制手性、橢圓性和主軸。

據吳說，比斯穆特·特魯裡德是未來基於片上的拓撲絕緣體太赫茲系統的偉大候選者;在THz發射、檢測、調製方面已經顯示出良好的前景。研究良好的拓撲絕緣體呈現一種特殊的旋轉動量鎖定表面狀態，也可以由原子層數量等各種因素精確調整。吳解釋說，這種THz源可以有效地輻射線性和圓形偏振THz波，具有可調的奇性性和極化性。這將有助於在超快THz光旋電子、基於極化的THz光譜和成像、THz生物森說擾、視線THz通信和信息加密等領域開發THz科學和應用。

Bi2Te3 極化可調諧 THz 發射圖。（a） 具有水平線性偏振 （HLP）、垂直線性偏振 （VLP）、左手圓形偏振 （LCP） 和右手圓形偏振 （RCP） 的飛秒雷射脈衝在拓撲絕緣體 Bi2Te3 上發光，並產生極化可調諧 THz 波。（b） 宏觀螺旋性依賴光電流，只能產生單向旋轉電流。（c） 圓形偏振雷射脈衝照明下的微觀電子過渡。來源： SPIE

線性極化THz波的生成和操作

吳的小組系統地調查了拓撲絕緣體Bi的THz輻射2泰3由飛秒雷射脈衝驅動的納米膜。他們發現，線性偏振THz波源於雙特原子之間雙特原子之間電子密度的超快再分配所形成的移位電流。2泰3在拓撲絕緣體被線性偏振泵燈點燃後。超快移流有助於線性偏振THz輻射。由於雙的格子特性2泰3，輻射THz波總是線性偏振，旋轉角度為三倍，具體取決於樣本的分軸角。這種可靠性使得通過控制極化方向的射點雷射器來任意操縱THz波極化角非常方便。

圓形極化THz波的生成和操作

吳解釋說，為了產生圓極化THz脈衝，有必要同時調整泵雷射偏振和樣品分振角。當樣品的分軸角被固定時，研究人員還獲得了具有各種橢圓度和原理軸的橢圓THz光束，由於線性光星系效應（LPGE）和圓形光粒子效應（CPGE）的組合，而該效應是由LPGE驅動和CPGE驅動THz電場元件之間的固有時間延遲引起的。在他們期望的範圍內，他們能夠通過改變事件雷射螺旋度來操縱發射THz波的性。

Wu 解釋道，"與螺旋性相關的電流是我們可以獲得自旋極化 THz 脈衝的關鍵原因，因為我們可以通過改變螺旋度來持續調整其幅度和極性。本文對圓極化THz輻射的實施與控制進行了具體討論。

作者樂觀地認為，他們的工作將有助於進一步集體理解光物質相互作用中超快自旋電流的飛秒一致性控制，也將提供一種有效方法來產生自旋極化THz波。吳指出，極化操縱是朝著在源頭有效地定製扭曲THz波的目標邁出的一步。